Raft Master » Научная библиотека » Нектон. Биология южных морей » Трудности разграничения планктона и нектона


  • 4-01-2013, 08:28
  • | Views: 971


Трудности разграничения планктона и нектона

Трудности разграничения планктона и нектона

На трудности разграничения планктона и нектона указывали многие исследователи (Зернов, 1949; Зенкевич, 1951; Barthelmes, 1957; Киселев, 1969, и др.) . Поскольку в основе разделения планктона и нектона лежит оценка способности пелагических животных к активному поступательному движению в толще воды, очевидно, что это разделение в основном представляет собою задачу биогидромеханики и должно быть выполнено в соответствии с общей теорией гидромеханики. С целью конкретизации различий между планктоном и нектоном целесообразно поэтому рассмотреть их биогидродинамические особенности и прежде всего приспособления, определяющие характерную величину гидродинамического сопротивления тела бионта (Алеев, 1972а).

Анализ этой стороны дела (Алеев, 1972а) позволил создать новую — биогидродинамическую концепцию жизненных форм пелагиали, которая не только помогла количественно оценить границу между планктоном и нектоном, но и сделала возможным установление основных закономерностей, определяющих развитие всех важнейших нектонных приспособлений.

Любое плавающее животное встречает гидродинамическое сопротивление со стороны воды, величина которого изменяется с изменением ряда факторов и, в частности, прямо пропорциональна квадрату скорости движения животного относительно окружающей его воды.

Поскольку вода является вязкой средой, вокруг всякого движущегося тела, в том числе и вокруг тела любого из плавающих животных, образуется так называемый пограничный слой, т. е. слой воды, которому движущимся телом сообщается некоторая дополнительная скорость. Пограничный слой движется как бы вместе с движущимся телом, в данном случае с движущимся животным, образуя так называемую присоединенную массу, причем скорость движения воды в каждой точке этого слоя находится в обратной зависимости от удаленности этой точки от поверхности движущегося тела. При отсчете в системе координат, связанной с движущимся телом, как это принято в гидромеханике и принимается всюду в нижеследующем изложении, скорость течения в пограничном слое возрастает от нуля на поверхности движущегося тела (поскольку имеет место «прилипание» воды к поверхности тела) до своего полного значения во внешнем потоке, в котором жидкость можно рассматривать (Шлихтинг, 1974) текущей без трения.

Различают два состояния пограничного слоя: ламинарное, т. е. слоистое — неустойчивое, которое характеризуется тем, что частицы жидкости в нем двигаются упорядоченно, по прямолинейным траекториям, и более устойчивое — турбулентное, в котором движение жидкости носит пульсационный характер, т. е. частицы жидкости двигаются по непрямолинейным, извилистым траекториям. При известных обстоятельствах пограничный слой переходит из ламинарного состояния в турбулентное, однако при этом в турбулентном пограничном слое у самой поверхности обтекаемого тела сохраняется очень тонкий ламинарный подслой, толщина которого составляет (Мартынов, 1958) около 1% общей толщины пограничного слоя. Образующие пограничный слой массы воды, стекающие вдоль движущегося тела к его кормовой оконечности, создают за телом так называемый гидродинамический след.

У тел хорошо обтекаемых, к числу которых принадлежат все нек-теры, пограничный слой в носовой части очень тонок, благодаря чему он на некотором участке остается ламинарным, и только после его утолщения до известного предела переходит в турбулентное состояние. С увеличением расстояния от передней точки обтекаемого тела толщина пограничного слоя увеличивается как при его ламинарном, так и при турбулентном состоянии, однако в турбулентном пограничном слое это утолщение идет значительно быстрее. В случае хорошо обтекаемых тел очень существенное влияние на переход пограничного слоя из ламинарного состояния в турбулентное оказывает степень гладкости поверхности тела, поскольку как отдельные редко расположенные неровности, так и шероховатость, образованная выступами или впадинами, расстояния между которыми того же порядка, что и их высота, способствуют тур-булизации пограничного слоя.

Величину встречаемого телом гидродинамического сопротивления в гидромеханике принято (Прандтль, 1951; Шлихтинг, 1956; Мартынов, 1958, и др.) выражать в виде безразмерного коэффициента лобового сопротивления Сх, находимого по формуле где F — сила сопротивления, V — скорость движения, р — плотность жидкости, в которой происходит движение (в данном случае — воды). Что касается величины S, то в случае полностью погруженных хорошо обтекаемых тел, у которых сопротивление трения преобладает над сопротивлением формы, каковы все нектеры, она представляет собой полную смоченную поверхность тела.

Среди известных в гидромеханике видов гидродинамического сопротивления нектерам в типичном случае свойственны три: сопротивление формы, сопротивление трения и индуктивное сопротивление. При движении в полуногруженном состоянии (Sauropterygia, Pinnipedia и др.) возникает также волновое сопротивление, однако этот вид сопротивления не характерен для нектеров, поскольку они плавают либо исключительно в полностью погруженном состоянии (Cephalopoda, рыбы и др.), либо преимущественно в полностью погруженном состоянии (Sauropterygia, Sphenisciformes, Cetacea, Pinnipedia и др.), тогда как в полупогруженном состоянии лишь отдыхают или двигаются медленно, когда движитель работает не на полную мощность.

Общая морфологическая организация нектеров во всех случаях приспособлена к движению в полностью погруженном состоянии и, следовательно, к снижению сопротивления формы, сопротивления трения и индуктивного сопротивления. Специальных приспособлений, непосредственно направленных на снижение волнового сопротивления, в морфологии нектеров мы не находим, что полностью отвечает изложенным выше экологическим моментам.
Таким образом, для нектеров с достаточным приближением можно принять, что лобовое сопротивление Сх = Схр -f- Cxf -)- Cxi, где СХр — коэффициент сопротивления формы, Сх/ — коэффициент сопротивления ТреНИЯ, (sxi — коэффициент индуктивного сопротивления.

Сопротивление формы обусловлено разностью динамических давлений на переднем и заднем концах движущегося тела. Основной непосредственной причиной возникновения сопротивления формы являются вихри (Прандтль, 1951, и др.). Именно они препятствуют смыканию потока сзади обтекаемого тела и обусловливают несимметричное распределение давления на поверхности тела; кроме того, для их образования требуется постоянная затрата энергии. Величина сопротивления формы определяется, прежде всего, общей формой движущегося тела.

Возникновение сопротивления трения связано с трением обтекающего потока о поверхность движущегося тела. Величина сопротивления трения больше всего зависит от того, является ли пограничный слой ламинарным или турбулентным, поскольку при переходе пограничного слоя из ламинарного состояния в турбулентное сопротивление трения резко увеличивается (Прандтль, 1951; Шлихтинг, 1956, и др.)- Поскольку состояние пограничного слоя в значительной мере определяется характером поверхности обтекаемого тела, величина сопротивления трения зависит прежде всего от характера и площади поверхности этого тела.




  • Вернуться



  • Еще по теме


    Индуктивное сопротивление обтекаемого тела


    Величины удельной поверхности планктона


    Уменьшение сопротивления движению (ГЛАВА V)


    Увеличение высоты шероховатости


    Обтекание у Xiphioidae

     

    Последние новости



    Пользовательский поиск

    Партнеры